Die Zeit ist reif

Digitale Pathologie

Auch in der Pathologie hat das digitale Zeitalter begonnen. Scanner und Bildauswertungsprogramme sowie neue Kommunikations- und Archivierungsverfahren werden die Arbeitsabläufe vereinfachen und verbessern. Um die Vorteile zu nützen, ist eine sorgfältige Workflowanalyse erforderlich.

Schlüsselwörter: Digitale Pathologie, Workflow-Analyse, Pathologie-Informations-System

Die Mikroskopie ist seit Rudolf Virchow ein integraler Bestandteil der Diagnostik und auch nach über 100 Jahren noch immer fest in der Pathologie verankert. Zwar hat der technische Fortschritt in den letzten Jahren insbesondere bei den apparativen Untersuchungsmethoden stark zugenommen, aber anders als in der Labormedizin basiert die Diagnostik in der Pathologie weiterhin ganz wesentlich auf der Beurteilung der Morphologie und der Interpretation im nosologischen Gesamtkontext des Patienten. Hinzu kommt die Komplexität des Untersuchungsmaterials, das von Körperflüssigkeiten und kleinen Biopsieproben bis zu komplexen Operationspräparaten und Amputaten reicht. Somit fokussiert sich die Automatisation in der Pathologie vorerst auf Teilaspekte der Präanalytik und Analytik, wie etwa die Probenverarbeitung und Färbung. Die Gewebeauswahl (Makroskopie), das Anfertigen von Paraffin- und Gefrierschnitten und letztlich der Blick durch das Mikroskop mit anschließender Befunderstellung sind menschliche Leistungen, die bislang nur von labortechnischem und ärztlichem Personal geleistet werden können; hier erscheint eine Automatisierung noch in weiter Ferne.

Abb. 1: Vereinfachte Darstellung des Workflows von der Probenentnahme bis zum Befund. Der Einsatz der digitalen Pathologie ist rot umrandet. Die Kommunikation zwischen der spezifischen Software und dem Pathologie-Informations-System erfolgt über eine HL7-Schnittstelle.

Digitaler Workflow

Nichtsdestotrotz hat die Leistungsfähigkeit und Qualität der computergestützten Bildverarbeitung in den vergangenen Jahren sprunghaft zugenommen. Was in der universitären Lehre als Mikroskopierkurs mit virtuellen (gescannten) Schnitten für Studierende der Medizin begann, hat heute das Potenzial, auch in der Routinediagnostik das Mikroskop am Arbeitsplatz zu ersetzen. Vereinfacht gesagt werden die Glasobjektträger mit den gefärbten Geweben hochauflösend gescant und als digitale Datei auf einem Server gespeichert. Diese Scans können dann im Rahmen des Befundungsprozesses aufgerufen und wie im Mikroskop bei verschiedenen Vergrößerungen begutachtet werden. Eine vereinfachte Darstellung der Integration dieser „digitalen Pathologie" in den Workflow ist in Abb. 1 dargestellt.

Die Vorteile dieses Vorgehens liegen auf der Hand: Die Glasobjektträger sind keine Unikate mehr, welche zerbrechen oder verloren gehen können. Standortunabhängig kann prinzipiell von jedem beliebigen Ort aus auf die Scans zugegriffen werden, und auch der Zugriff auf archivierte Scans ist einfach und fallbezogen.

Daraus resultiert eine ganze Reihe sekundärer Vorteile: Die Zuordnung der Schnitte zum Fall und die Zuteilung zum befundenden Arzt ist schneller und fehlerfrei. Laufwege für die Verteilung der Schnittpräparate an den befundenden Pathologen entfallen. Zugesandte Schnittpräparate für Konsilien können gescannt werden und stehen nach Rücksendung an den Primärpathologen auch im Zentrum noch zur Verfügung (interessant für Register). Das Bildmaterial kann in interdisziplinären (Tumor-)Konferenzen bereitgestellt werden. Schließlich ist zu erwähnen, dass der Arbeitstisch immer aufgeräumt ist, und dass Befundungen auch im Homeoffice möglich werden.

Herausforderungen

Was in diesen kurzen Sätzen einfach und logisch klingt, ist in der Realität jedoch eine komplexe Aufgabe, die jedes Institut vor der Einführung mit einer Fülle von Fragen konfrontiert. Zu allererst ist eine Workflow-Analyse notwendig, die u. a. die unten aufgeführten Fragen beinhaltet.

Abb. 2: Beispiel für die Vermessung eines Hauttumors mittels Digitaler Pathologie. Neben der Längen- und Tiefenausdehnung (gelb und rot markiert) können die Abstände zu den Resektaträndern genau bestimmt werden (violett, blau und grün). Diese Daten werden für die Stadieneinteilung und die Beurteilung der Vollständigkeit der chirurgischen Therapie benötigt.

Abhängig von den individuellen Bedürfnissen des jeweiligen Instituts kann dann über Art, Anzahl und Standorte der Scanner entschieden werden. In Aarau haben wir uns für eine integrierte Lösung mit Online-Anschluss an das Pathologie-Informations-System entschieden. Durch die Übermittlung der Daten, die zur Befundung benötigt werden (Patientendaten, einweisende Institution/Arzt, Makroskopie, Vorbefunde), ist ein papierloses Arbeiten möglich. Sobald der Fall digitalisiert ist, kann sofort befundet werden, da alle Informationen auf der Arbeitsstation des Arztes vorhanden sind.

Medizinischer Nutzen

Seit der Einführung im Jahre 2013, damals als Pilotprojekt, hat sich die digitale Pathologie als fester Baustein im Diagnostikalltag entwickelt. Beispiele für die medizinische Nützlichkeit sind die Bestimmung der Eindringtiefen bei Hauttumoren, die Abstände zu den Resektionsrändern (Abb. 2), die Bestimmung der Mitoserate bei Mammakarzinomen oder die Berechnung des Focus-Scores bei V. a. Sjögren-Syndrom. Zukünftig wird auch die digitale Quantifizierung der Hormonrezeptorexpression, der Proliferationsrate und spezieller Wachstumsfaktoren (Her2/neu) in Mammakarzinomen objektivierbare, gut reproduzierbare Ergebnisse liefern und die Behandlungsqualität verbessern.

Weitere Entwicklungen der Bildanalytik wie etwa die virtuelle Rekonstruktion der Gewebe mit Darstellung der räumlichen Bezüge zwischen den feingeweblichen Strukturen könnten zukünftig die Diagnostik verfeinern und die Behandlungsqualität weiter verbessern.

Diese Fragen sind im Rahmen der Workflowanalyse zu klären:

Wofür soll die digitale Pathologie eingesetzt werden (Routinebetrieb, Satellitenstandorte, Konsultationen, Klinikboards)?

Was soll digitalisiert werden (Routinefärbungen, Spezialfärbungen, immunhistochemische Untersuchungen, In-situ-Hybridisierungen, Fluoreszenzverfahren)?

Wie hoch ist das Schnittaufkommen pro Tag und wann stehen die Präparate zur Verfügung?

Bis wann muss der Scanprozess abgeschlossen sein, damit es zu keiner Befundverzögerung kommt?

Ist ein papierloses Arbeiten mithilfe des Pathologie-Systems möglich/gewünscht?

Kann und soll die digitale Pathologie zum Datenaustausch mit dem Pathologie-Informations-System verbunden werden?

Was soll unter Beachtung gesetzlicher Vorgaben wie lange gespeichert werden?

Wie schnell sollen die Zugriffe auf das digitale Archiv erfolgen (Kurz- und Langzeitarchiv)?